卡波姆980流变学性质及影响因素初探

倪向梅

（相宜本草化妆品股份有限公司，上海　200444）

卡波姆980流变学性质及影响因素初探

倪向梅

（相宜本草化妆品股份有限公司，上海200444）

研究了中和碱类型、卡波姆浓度、电解质离子分别对卡波姆980凝胶体系的pH值和粘度的影响。结果表明，不同的碱对卡波姆980的中和性质均有所区别，其中NaOH的中和效率最高，表现为在一定的pH值范围内卡波姆凝胶的粘度变化受NaOH的影响较小。卡波姆980的浓度越高，凝胶的pH值越低，粘度越高。电解质对凝胶体系的pH值和粘度影响都较大，且二价电解质离子的影响程度大于一价离子。试验中还发现，电解质离子引起凝胶体系的pH值和粘度变化的同时，凝胶体系的浊度变化规律也呈现一定的相关性。

卡波姆980流变性粘度pH值浊度

卡波姆（Carbomer）作为一种高效的增稠剂、助悬剂和凝胶基质［1-2］，已被广泛地应用于化妆品领域中，其中卡波姆900系列是丙烯酸与烯丙基蔗糖或烯丙基季戊四醇的高分子共聚物。根据聚合物的相对分子量和交联程度，卡波姆可分为多种不同的型号。流变学性质是卡波姆的重要性质之一，不同类型的卡波姆则具有不同的流变学性质，粘度则是反映流变学性质的重要指标。

图1　不同中和碱对卡波姆980的中和曲线（a）

图2　不同中和碱对卡波姆980的中和曲线（b）

图3　不同中和碱对卡波姆980的粘度影响（a）

图4　不同中和碱对卡波姆980的粘度影响（b）

图5　不同浓度的卡波姆980的中和曲线

图6　不同浓度的卡波姆980的粘度曲线

图7　不同电解质离子对卡波姆980凝胶粘度的影响

图8　不同电解质离子对卡波姆980凝胶pH值的影响

图9　不同电解质离子对卡波姆980凝胶浊度的影响

本文以卡波姆980为例，考察了不同影响因素对卡波姆980凝胶体系的pH值和粘度的变化，为其在化妆品配方制剂中的应用提供一定的参考。

1　仪器与试剂

1.1仪器

NDJ-8S 旋转式粘度计（上海精天电子仪器有限公司）；RW20型数显电动搅拌器（IKA集团）；SevenCompactTMS220型精密PH计（METTLER TOLEDO集团）；HWS-26型电热恒温水浴锅（上海一恒科学仪器有限公司）；JY5002型电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）；JY3001型电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）；BSA224S型电子分析天平（Sartorius公司）。

1.2试剂

卡波姆980（路博润特种化工）；精氨酸（L-arginine，Ajinomoto株式会社）；氢氧化钠（NaOH，上海化学试剂）；氢氧化钾（KOH，华侠实业）；氨甲基丙醇（PC-2000，美国DOW）；四羟丙基乙二胺（MD-100，株式会社ADEKA）；三乙醇胺（TEA，联锴日化）；氯化钠（NaCl，华侠实业）；氯化钙（CaCl2，国药集团）；氯化钾（KCl，国药集团）；硫酸钠（Na2SO4，国药集团）；亚硫酸氢钠（NaHSO3，国药集团）；去离子水（纯水系统制备）。

2　试验方法

2.1卡波姆980凝胶的制备

准确称取适量的卡波姆980于去离子水中溶胀，边加热边开启搅拌，使之充分溶胀开，再加入相应量的碱进行中和，制得一定浓度的卡波姆980凝胶。中和碱的添加量应根据所需制得凝胶制剂的最终pH值作适当的调整。

2.2粘度的测定

在25℃条件下，用NDJ-8S旋转式粘度计分别测定卡波姆980凝胶的粘度。严格按照测试规则，选择合适的转子和转速，确保测得的粘度值数据在合理的范围内。在所选的转子号和转速条件下测定粘度时，需等待一定的时间，待显示的粘度数据基本恒定后再进行读取并记录。

2.3测定不同的中和碱对卡波姆980流变性的影响

按2.1的方法，配制浓度为0.3%的卡波姆980溶液，选取精氨酸、NaOH、KOH、PC-2000、MD-100和TEA这6种在化妆品中常用的碱作为中和剂，分别考察随着碱添加量的不同，卡波姆980凝胶的pH值和粘度的变化情况，并绘制中和曲线寻找中和点（即中和至凝胶的pH值为6.5左右时，中和碱与卡波姆添加量的相对比值）。

该竹栽培品种已于2017年12月通过了国际竹类栽培品种登录权威的新品种国际登录认证，国际登录号：No. WB-001-2017-024；活体保存地：国际竹类栽培品种(中国·成都)登录园；命名范式保存地：国际竹类栽培品种登录中心(ICRCB)[5]。

为了使试验pH值范围尽可能在4～8（化妆品常规的pH值范围），对上述6种中和碱分别进行了一定程度的稀释。

2.4测定不同浓度下卡波姆980的pH值和粘度的变化情况

按2.1的方法，分别配制浓度为0.1%、0.3%和0.5%的卡波姆980溶液，以NaOH为中和剂，按照2.3方法中的同等浓度比加入NaOH，考察卡波姆980凝胶体系的pH值和粘度的变化情况。

2.5测定不同的电解质离子对卡波姆980的粘度、pH值及浊度的影响

按2.1的方法，配制浓度为0.3%的卡波姆980溶液，用NaOH为中和剂将凝胶制剂的最终pH值调至6.5左右。

选择NaCl、CaCl2、KCl、Na2SO4和NaHSO3这5种电解质离子，分别配制成0.5mol/L的溶液。取上述已中和的0.3%浓度的卡波姆980凝胶各100g，按照每100g凝胶中0、0.4g、0.7g、1.0g、1.3g、1.6g和2.0g 的添加量分别加入上述浓度的5种电解质溶液，考察不同的电解质离子对卡波姆980凝胶的粘度、pH值及浊度的影响情况。

3　结果与讨论

3.1不同的中和碱对卡波姆980的中和曲线及粘度变化

随着碱的逐步添加，卡波姆凝胶的pH值呈上升趋势，若以凝胶pH值为6.5为中和终点，可以分别推测这6种中和碱在试验设定浓度下对0.3%卡波姆980的中和点。其中，25%精氨酸和10%的KOH约2.67：1，10%NaOH和50%TEA约1.33：1，25%PC-2000约为1.17：1，50%MD-100约为1.67：1。

由图3～图4可知，在中和过程中随着碱的加入，pH值变化的同时凝胶的粘度也在发生变化。精氨酸、PC-2000、MD-100和TEA作为中和剂时，随着碱的增加，凝胶的粘度呈整体上升趋势，在高pH值时仅有小范围的粘度波动；KOH作为中和剂时，在到达中和点前，随着碱的增加凝胶的粘度逐渐增大，继续增加碱的量使体系的pH值超过中和点，凝胶体系的粘度反而有所下降；而NaOH作为中和剂时，凝胶的粘度相对比较平稳，在中和初期凝胶就能达到相对较高的粘度。可见，上述6种中和剂中NaOH对卡波姆980的增稠能力最强，且凝胶粘度受到体系pH值的影响最小。故在下文中选择NaOH 进行中和。

3.2不同浓度的卡波姆980的中和曲线及粘度变化

由图5可知，卡波姆的浓度不同，中和前的初始pH值也不同，浓度越高，初始pH值相对越低。在整个中和过程中，随着碱的加入，不同浓度的卡波姆980凝胶的pH值整体变化趋势是一致的，卡波姆的浓度越低，越快到达中和点。

图6反映了不同浓度的卡波姆980在整个中和过程中凝胶粘度的变化情况。由图可知，凝胶的粘度与卡波姆的浓度呈现正相关，浓度越高，凝胶的粘度越高，且同一浓度下的凝胶粘度在中和过程中基本维持同一水平，再次验证了NaOH中和卡波姆980时凝胶体系的粘度受体系pH值的影响较小。

3.3不同电解质离子对卡波姆980粘度、pH值及浊度性质的影响

由图7可知，电解质离子对卡波姆980凝胶粘度的影响很大，离子浓度的稍许变化都能引起粘度的剧烈变化，从而对整个凝胶系统的流变学性质产生较大的影响。电解质的浓度越大，凝胶的粘度下降就越显著。对同一浓度的卡波姆980凝胶，所测试的5种电解质离子对其粘度的影响大小顺序为：

CaCl2>NaHSO3≈Na2SO4>KCl≈NaCl。

由图8可知，电解质离子的引入，不仅影响卡波姆凝胶的粘度，而且对凝胶体系的pH值也会产生影响。电解质的浓度越大，卡波姆980凝胶的pH值下降就越显著，且电解质离子对凝胶pH值的影响大小顺序为：CaCl2>NaHSO3>Na2SO4>KCl>NaCl，这与电解质离子对粘度的影响顺序基本一致。

由图9可知，电解质离子的引入同样会对卡波姆凝胶体系的透明度产生影响。未加入电解质离子之前，卡波姆980凝胶成无色透明外观，随着电解质离子浓度的增加，凝胶体系的透明度发生了变化，表现为浊度的上升，凝胶体系的外观呈现半透明至不透明的状态。不同的电解质离子对凝胶浊度的影响大小不同，其影响顺序为：CaCl2>Na2SO4≈NaHSO3>KCl≈NaCl，这与电解质离子对粘度和pH值的影响顺序也是基本一致的，且CaCl2溶液对卡波姆980凝胶的浊度影响最大，当添加量>1.0g时，其浊度值已超出了同数量级的比较范围。

4　结语

卡波姆980的流变学性质受到中和碱类型、pH值、浓度、电解质等多种因素的影响，不同的中和碱对卡波姆980的中和性质有差别，其中， NaOH中和卡波姆980可以使凝胶粘度在中和过程中变化较小。

卡波姆980凝胶的粘度与浓度成正相关，浓度越高，凝胶的粘度也越高。不同浓度的卡波姆980在中和之前的初始pH值不同，浓度越高，初始pH值也相对越低。

卡波姆980凝胶对电解质离子及其敏感，电解质的存在使卡波姆980凝胶的粘度急剧下降，且二价离子比一价离子的影响要大。离子引起卡波姆凝胶的粘度下降，主要是由于它降低了聚合物主链上的同性电荷的相互排斥力，从而使体系中卡波姆的实际有效浓度降低。不同的离子对卡波姆凝胶的粘度影响不同，主要与溶液中离子的总电荷数目有关，一价离子是通过屏蔽电荷使相互排斥作用减弱导致卡波姆凝胶的粘度下降，而二价离子则除此作用外，当其浓度足够时，还会与卡波姆结合成盐类物质沉淀下来，从而进一步影响凝胶的粘度及透明度。试验中发现，5种不同的电解质离子对卡波姆980凝胶的粘度、pH值以及浊度的影响大小顺序基本一致，说明电解质对卡波姆的粘度、pH值及浊度的影响具有一定的相关性。

本文仅以卡波姆980为例，对其流变性质及其影响因素进行了初步的研究探讨。由于很多化妆品的粘度可能会影响产品的感官特性，从而直接影响到消费者对产品的接受程度，所以在化妆品配方的实际应用中，如何控制这些流变参数成为配方成功与否的决定性因素。我们应根据配方的实际需求合理地选用不同的卡波姆及合适的浓度，并综合考虑各种因素对卡波姆体系的影响。

［1］熊佳佳，王柏.卡波姆凝胶流变学性质及其影响因素的研究［J］.海峡药学，2006，18（4）：34-37.

［2］孟勇涛，饶丽平.卡波姆在凝胶制剂中使用的问题探讨［J］. 齐鲁药事，2010，29（12）：708-709.